1前言 在水電廠，隨著生產設備的大型化，電動機（例如 壓油泵、消防供水泵、排水泵等）容量越來越大。交流電動機以結構簡單、運行可靠、維護方便、價格便宜等特點，得到了廣泛的應用。但是交流電動機在直接起動的過程中，將產生5～8倍于電動機額定電流的起動電流，對供電設備、電動機及所拖動的機械設各造成極大的損害。同時，起動轉矩只有電動機額定轉矩的0.4～l.2倍（電動機容量越大，起動轉矩倍率越小），對起動轉矩比較大的負載（如球磨機、抽油機等）為了能正常起動電動機，必須增加電動機容量，造成大馬接小車。另外，當電動機功率較大時，造成很大的電壓降，影響廠用電的安全運行，尤其是在事故情況下，可能造成事故擴大。所以，較大容量的電動機應采用降壓起動。 傳統的降壓起動方法有YI△轉換和自耦變壓器降壓起動，起動控制過程靠時間繼電器等控制，起動特性不理想、起動過程變換時產生較大的沖擊電流、起動控制設備復雜、成本高。同時，起動轉矩與起動電流的平方成正比，當電流降低50％時，起動轉矩降低75％。而且在降壓起動過程完成后的分檔投切和加全壓的瞬間，仍將產生數倍額定電流的尖峰電流，也會影響廠用電源的安全及電氣、機械設備的使用壽命。而電力電子軟起動器的誕生則解決了上述問題，它作為一種降壓起動元件，既能改變電動機的起動特性，保護所拖動的機械設備，更能降低起動電流，保護電氣設備，減小電動機起動對電源系統的沖擊，是理想的電動機降壓起動選擇。 2磁控高壓電動機軟起動的工作原理及結構特點 圖1中，QS為高壓隔離開關，QF為真空斷路器，SR為磁飽和電抗器，M為電動機。高壓大容量電動機多數是定子6出線的。 磁控軟起動是從電抗器軟起動衍生出來的。電抗器軟起動器里的電抗值是固定的，在軟起動過程中電動機電流會隨著轉速增高而減少，而且電抗值選擇小了軟起動沖擊電流太大：選大了，軟起動（尤其是其后半程）電動機電流太小，軟起動“后勁”不足，過程拖長，另外，軟起動結束時電抗器的短接還會引起“二次電流沖擊”。磁控軟起動克服了上述缺點。磁控軟起動不同于電抗器軟起動的主要特點是其等效電抗值可控。 SR（SatuIable Reactor）在軟起動中的作用：軟起動在QS、QFl相繼開始閉合后時，SR具有較大的電抗值，隨后，通過反饋調節使其逐漸減小，及至完成后被QF2旁路。在軟起動裝置中，SR不是線性器件，它實質上是電力電子開關。所不同的是SR的通、斷是通過其直流繞組勵磁電流間接控制的。 SR用以限流的三對交流繞組（每相含2個，串連出2根線）串連在電動機的定子回路里，每個交流繞組纏繞1個口字形鐵心。一相采用2個交流繞組的目的有2個：①使電動機交流電流波形不含偶次諧波分量。②減弱交流繞組電流在直流繞組上感應出的諧波電勢。諧波感應電勢有可能會危及勵磁回路的安全運行。SR勵磁繞組僅1個，套住6個鐵心，控制它們的飽和度。 SR的控制是電力電子的。磁控軟起動可以實現軟停止，具有晶閘管軟起動所具有的幾乎全部功能。磁控軟起動裝置的控制中心是一個抗干擾能力強的PLC，它具有PID調節、信號發生器、綜合保護、遠程通信功能。PLC接收來自電流互感器和電壓互感器的信號，對偏差作PID運算，經過三相橋式晶閘管整流電路，實現對于直流勵磁電流和鐵心飽和度的控制。R的勵磁繞組僅1個，套住6個鐵心，直流勵磁電流改變所有6個鐵心的飽和度。 高壓磁飽和電抗器在原理和結構上與低壓（380 V）磁飽和電抗器沒有本質區別。但在直流控制繞組匝數數倍于交流繞組匝數的情況下，必須防范交流高電壓對于直流控制繞組的電磁感應。所以，在耐壓和防干擾方面，必須作了一些針對性的處理。圖2為飽和電抗器俯視剖面圖。 3磁控軟起動裝置/磁飽和電抗器SR的設計 在磁控軟起動裝置的研制中，磁飽和電抗器SR的設計是其重點和難點之一。設計包括電路，磁路設計和SR結構設計，電路/磁路的設計任務是從軟起動的現場條件和工藝要求出發，確定SR的鐵心截面積和窗口面積，交、直流繞組導線匝數和截面積。SR結構設計的任務是從結構上落實電路/磁路設計，并使SR滿足耐壓、尺寸、環境等要求。 在SR電路/磁路設計時，以下幾個參數至關緊要：最大鐵心磁密BM，電流密度j，直/交流繞組的安匝比，需要在設計前按照實際情況選定。 在設計中，需要明確SR的數學模型。將SR等效為一個可控開關和線性電感串聯支路，在此基礎上進行時域分析，是一種比較可行的設計方法。所以在設計中，需要對軟起動開始時刻的電網、電抗器、電動機的電壓、電流波形在既有的數學模型的基礎上作出較精確的預測。 磁控軟起動裝置的生產是按用戶要求定制的。在設計前，對于軟起動過程均通過離線仿真作出預測。通過電流閉環控制，確保軟起動成功。開發的磁控軟起動裝置中的“微電子”就是采用西門子公司的S7型PLC作為其核心部件的。磁控軟起動裝置中的晶閘管運行電壓為500V以下的低壓，高、低壓的隔離由SR實現。SR在耐受惡劣環境方面（溫度、濕度和海拔容限）的能力強。所以，它具有很高的可靠性。 4實際效果 某水電廠主廠房和12號壩滲漏泵運行時壓力約0．4 MPa，豐水期每天運行數次，每次約30 min，為自動控制運行。全壓（380 v）起動時，起動沖擊電流高達700 A以上，過大的起動轉矩使起動過程太快，噪聲很大。安裝磁控軟起動裝置后，起動電流限制在2倍額定電流下，起動過程平穩，噪聲大大減小，設備的振動大大減小。水泵自由停機時，明顯地聽到水擊逆止閥的響聲，逆止閥和底閥常損壞。安裝了磁控軟起動裝置后．設置好電機的制動時間，停機時水泵緩慢平滑地減速至零，水擊聲消失，大大減小了回水沖動，逆止閥和底閥的使用壽命得以顯著延長。雖然制動過程磁控軟起動裝置輸出波形不好，由于起停不頻繁，所以對設備的安全無不良影響。 5結論 使用磁控軟起動裝置解決水泵起動和停機過程中存在的電氣沖擊、機械沖擊和水擊現象，有著效果好、價格低、現實容易等特點，在其它領域也有著廣泛應用的前景。